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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2010屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 68頁(yè)
１ 概述
1.1起重機(jī)械的用途、工作特點(diǎn)及其在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位
起重機(jī)械是用來(lái)對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸、或安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門都有廣泛的應(yīng)用，起著減輕體力勞動(dòng)、節(jié)省人力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)過程機(jī)械化的作用。例如，一個(gè)現(xiàn)代化的大型港口，每年的吞吐量有幾千萬(wàn)噸乃至上億噸，被運(yùn)送的物料品種繁多，有成件物品，也有散裝材料或液態(tài)材料。為了盡快地完成如此繁重的裝卸任務(wù)，如不采用成套的起重運(yùn)輸設(shè)備，那是不可想象的。碼頭邊上，吊車林立，成了現(xiàn)代化港口的重要特點(diǎn)。因此說，起重機(jī)械在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中決不是可有可無(wú)的輔助工具，而是合理組織生產(chǎn)的必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。
起重機(jī)械在搬運(yùn)物料時(shí)，經(jīng)歷上料、運(yùn)送、卸料和回到原處的過程，有時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)停轉(zhuǎn)，所以它是一種間歇?jiǎng)幼鞯臋C(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間一般從幾分鐘到二三十分鐘，其間各機(jī)構(gòu)在不同時(shí)刻有短暫的停歇時(shí)間。這一特點(diǎn)決定了電動(dòng)機(jī)的選擇和發(fā)熱計(jì)算方法；由于反復(fù)運(yùn)動(dòng)和制動(dòng)，各機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)將承受強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，載荷是正反向交替作用的，許多重要構(gòu)件承受不穩(wěn)定變幅應(yīng)力的作用，這些都將對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算產(chǎn)生較大的影響。
起重機(jī)屬于有危險(xiǎn)性作業(yè)的設(shè)備，它發(fā)生事故造成的損失將是巨大的。所以，起重機(jī)設(shè)計(jì)和制造一定要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
1.2起重機(jī)械的發(fā)展簡(jiǎn)史及發(fā)展動(dòng)向
簡(jiǎn)單的起重運(yùn)輸裝置的誕生，可以追溯到公元前5000～4000年的新石器時(shí)代末期，為埋葬和紀(jì)念死者而修筑石棺和石臺(tái)，我國(guó)古代勞動(dòng)人民已能開鑿和搬運(yùn)巨石。蒸氣機(jī)的出現(xiàn)，推動(dòng)了第一次工業(yè)革命，起重機(jī)械也因之有了較大發(fā)展。1827年，出現(xiàn)了第一臺(tái)用蒸氣機(jī)驅(qū)動(dòng)的固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，從此結(jié)束了起重機(jī)采用人力驅(qū)動(dòng)的歷史。在工業(yè)發(fā)展中，電力驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)是起重機(jī)械蓬勃發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1880年，出現(xiàn)了第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的載客升降機(jī)。1885年，制成了電力驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)起重機(jī)，從后制成了電力驅(qū)動(dòng)的橋式起重機(jī)和門座起重機(jī)等。二次世界大戰(zhàn)期間，新產(chǎn)品、新材料、新工藝不斷出現(xiàn)。例如：由于自動(dòng)焊接新技術(shù)的出現(xiàn)，箱形結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī)越來(lái)越受到人們的歡迎；由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)（CAD）和輔助制造（CAM），使起重機(jī)的整機(jī)布置更趨優(yōu)化，基本零部件更加緊湊耐用；由于自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)的廣泛普及，使起重機(jī)的控制和安全保護(hù)裝置大為改善，保證了操作的安全性和可靠性。
縱觀世界各國(guó)起重機(jī)械發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)今后的動(dòng)向，可歸納如下：
1、 大型化
由于石油、化工、冶煉、造船以及電站等的工程規(guī)模越來(lái)越大，所以吊車起吊物品的重量也越來(lái)越大。
2、 重視“三化”，逐步采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
所謂“三化”，是指起重機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。貫徹“三化”可以縮短設(shè)計(jì)周期，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量，便于管理和提高經(jīng)濟(jì)效益。
3、 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化
機(jī)械產(chǎn)品需要更新?lián)Q代。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)及數(shù)顯技術(shù)大發(fā)展的年代里，更新?lián)Q代的重要標(biāo)志是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。在起重機(jī)械上應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以提高作業(yè)性能，增加安全性，以至實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)操作。
4、 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用
起重機(jī)械一般應(yīng)用在沉重和繁忙的、環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合。為減少司機(jī)的作業(yè)強(qiáng)度，保持旺盛的注意力，應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的理論，設(shè)計(jì)駕駛室，改善振動(dòng)于噪聲的影響，防止廢氣污染，使其符合健康規(guī)范的要求。
1.3起重機(jī)械的組成和類型
1.3.1起重機(jī)械的組成
起重機(jī)由產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)、承受載荷的金屬機(jī)構(gòu)、提供動(dòng)力和起控制作用的電氣設(shè)備及各種安全指示裝置等四大部分組成。
起重機(jī)機(jī)構(gòu)有四類，即：使貨物升降的起升機(jī)構(gòu)；作平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)；使起重機(jī)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；改變回轉(zhuǎn)半徑的變幅機(jī)構(gòu)。每一機(jī)構(gòu)均由電動(dòng)機(jī)、減速傳動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行裝置等組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件加以組合，以利于制造和維修。金屬結(jié)構(gòu)則要根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備大多是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，安全指示裝置通常從市場(chǎng)購(gòu)買，特殊的由制造廠設(shè)計(jì)制造。
1.3.2起重機(jī)械的類型
根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)任何合適的起重機(jī)形式。但從構(gòu)造特征看，種類繁多的起重設(shè)備可歸納為三大類。
1、 單動(dòng)作起重設(shè)備
這類起重設(shè)備是使貨物作升降運(yùn)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)。常見的下列幾種：
（1） 千斤頂 一種升降行程很小，舉升能力較大的小型起重設(shè)備。螺旋千斤頂或齒條千斤頂可用于汽車維修；液壓千斤頂可將大型起重機(jī)頂起以更換車輪。
（2） 滑車（俗稱葫蘆） 一種用鏈條或鋼絲繩與滑輪構(gòu)成的省力滑輪組，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，是一種可攜帶的起重工具，有手動(dòng)和電動(dòng)兩種。電動(dòng)葫蘆則是一種電動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，配有運(yùn)行小車后可在空間布置的工字鋼軌上運(yùn)行，構(gòu)成單軌架空道，是一種生產(chǎn)流水線上空的自動(dòng)運(yùn)貨車。電動(dòng)葫蘆亦可作為梁式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)。
（3） 絞車 由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器、卷筒、驅(qū)動(dòng)鋼絲繩滑輪組成的起重設(shè)備，用以起吊重物或產(chǎn)生牽引力。在礦山、建筑工地及艦船等處應(yīng)用。各類起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)都是一種絞車。
（4） 升降機(jī) 一種由絞車拖動(dòng)吊廂，吊廂沿剛性軌道升降的起重設(shè)備。在建筑工地上應(yīng)用的建筑升降機(jī)是一種最典型的形式。在高層建筑物中應(yīng)用的電梯是供人員上下樓使用的。礦山使用的礦井提升機(jī)與電梯類似，但更加大型化。
2、 橋式類型起重機(jī)
依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組合，使起吊的貨物作平面運(yùn)動(dòng)，再加上置與小車上的起升機(jī)構(gòu)，作業(yè)的范圍是長(zhǎng)方形空間。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同有下列幾種：
（1） 橋式起重機(jī)
（2） 門式起重機(jī)，包括裝卸橋，岸邊集裝箱起重機(jī)等。
（3） 纜索起重機(jī)
3、 回轉(zhuǎn)類型起重機(jī)
依靠起重機(jī)的回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的組合，使起吊的貨物作水平運(yùn)動(dòng)，作業(yè)范圍是圓柱形空間，由于起重機(jī)整體還可以沿一定的軌道運(yùn)行，所以，這類起重機(jī)的作業(yè)范圍是比較大的，它又可分為如下幾種：
（1） 塔式起重機(jī)
（2） 門座起重機(jī)
（3） 流動(dòng)起重機(jī)
（4） 浮式起重機(jī)
1.4橋式起重機(jī)的分類、用途、基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)及工作等級(jí)
橋式起重機(jī)有通用和專用兩類。通用橋式起重機(jī)俗稱行車，通常裝在車間的頂上，用來(lái)為車間裝卸貨物。通用橋式起重機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可從市場(chǎng)購(gòu)買。專用橋式起重機(jī)主要為冶金企業(yè)各車間服務(wù)的，通常要專門設(shè)計(jì)。橋式起重機(jī)由橋架和運(yùn)行小車組成，橋架由兩根主梁和兩根端梁構(gòu)成，在端梁上安裝有鋼制車輪，使得整個(gè)橋架可以沿車間頂上的軌道運(yùn)行。小車也有車輪，可以沿橋架運(yùn)行。在小車上還裝有起升機(jī)構(gòu)，大中型的橋式起重機(jī)設(shè)有兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)，大起重量的起升機(jī)構(gòu)用來(lái)裝卸大件貨物，起升速度較低，小起重量的起升機(jī)構(gòu)用來(lái)裝卸小件貨物，起升速度較高。
橋式起重機(jī)的大梁橫跨于跨間內(nèi)一定高度的專用軌道上，可沿軌道在跨間的縱向移動(dòng)，在外觀上布置有起升裝置，大多數(shù)起升裝置采用起重小車，起升裝置可沿大梁在跨間橫向移動(dòng)，外觀像一條金屬的橋梁，所以人們稱它為橋式起重機(jī)。橋式起重機(jī)俗稱“天車”、“行車”。
橋式起重機(jī)由電纜供電，用電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)。
1.4.1橋式起重機(jī)的分類
橋式起重機(jī)的種類較多，可按不同方法分類。
根據(jù)吊具不同，可分為吊鉤式起重機(jī)、抓斗式起重機(jī)、電磁吸盤式起重機(jī)。
根據(jù)用途不同，可分為通用橋式起重機(jī)、專用橋式起重機(jī)兩大類。專用橋式起重機(jī)的形式較多，主要有：鍛造橋式起重機(jī)、鑄造橋式起重機(jī)、冶金橋式起重機(jī)、電站橋式起重機(jī)、防爆橋式起重機(jī)、絕緣橋式起重機(jī)、掛梁橋式起重機(jī)、兩用（三用）橋式起重機(jī)、大起升高度橋式起重機(jī)等。
按主梁結(jié)構(gòu)形式可分為箱行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、桁架結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、管行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)。還有型鋼（工字鋼）和鋼板制成的簡(jiǎn)單截面梁的起重機(jī)，稱為梁式起重機(jī)。
1.4.2橋式起重機(jī)的用途
橋式起重機(jī)被廣泛用于各類工業(yè)企業(yè)、港口車站、倉(cāng)庫(kù)、料場(chǎng)、水電站、火電站等場(chǎng)所。不同類型的橋式起重機(jī)所適合吊裝的重物不同，并根據(jù)不同的要求采用不同的吊具。吊鉤起重機(jī)吊裝各種成件重物；抓斗起重機(jī)吊裝各種散裝物品，如煤、焦碳、砂、鹽等；電磁起重機(jī)吊裝導(dǎo)磁的金屬材料，如型鋼、鋼板、廢鋼鐵等。
兩用起重機(jī)是為了提高生產(chǎn)效率，在一臺(tái)小車上裝有可換的吊鉤和抓斗或者電磁盤和抓斗，但每一工作循環(huán)只能使用其中的一種取物裝置；三用起重機(jī)即吊鉤、抓斗、電磁鐵3種可以互換的取物裝置，可吊裝成件、散粒物品或?qū)Т诺慕饘俨牧?，但每次吊裝重物時(shí)，只能使用其中的一種取物裝置。
防爆起重機(jī)用于在有易爆、易燃介質(zhì)的房間、庫(kù)房等場(chǎng)所吊裝成件重物，起重機(jī)上的電氣設(shè)備和有關(guān)裝置具有防爆特性，以免發(fā)生火花而爆炸。絕緣起重機(jī)用于吊裝電解車間的各種成件物品，起重機(jī)上有關(guān)部分具有可靠的絕緣裝置，保證安全操作。
雙小車起重機(jī)是在同一臺(tái)主梁上設(shè)有兩臺(tái)相同的小車，用來(lái)搬運(yùn)長(zhǎng)件材料，各小車又可單獨(dú)使用。
掛梁起重機(jī)通過兩個(gè)吊鉤上的平衡梁掛鉤或平衡梁上的電磁盤吊裝和對(duì)垛各種長(zhǎng)件材料，如木材、鋼管、棒材、型材、鋼板等。
1.4.3橋式起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
盡管橋式起重機(jī)的類型繁多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的。橋式起重機(jī)主要是由大梁、起升裝置、端梁、大梁行走機(jī)構(gòu)、起升裝置行走機(jī)構(gòu)、軌道和電氣動(dòng)力、控制裝置等構(gòu)成。
⑴大梁結(jié)構(gòu)
橋式起重機(jī)一般采用兩根端部連接的大梁組合結(jié)構(gòu)，稱為雙梁橋式起重機(jī)，只有少數(shù)輕型橋式起重機(jī)采用單梁，稱為梁式起重機(jī)。
橋式起重機(jī)大梁的結(jié)構(gòu)形式主要有箱行結(jié)構(gòu)、偏軌箱行結(jié)構(gòu)、偏軌空腹箱行結(jié)構(gòu)、單主梁箱行結(jié)構(gòu)、四桁架式結(jié)構(gòu)、三角形桁架式結(jié)構(gòu)、單腹板梁結(jié)構(gòu)、曲腹板梁結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力箱型梁結(jié)構(gòu)等。最常見的是箱行結(jié)構(gòu)。箱行梁由上蓋板、下蓋板和兩個(gè)腹板構(gòu)成一個(gè)箱體，箱內(nèi)還有縱橫長(zhǎng)短筋板，見圖1-1。在箱行梁的一側(cè)鋪設(shè)走臺(tái)板和欄桿，在上蓋板上鋪設(shè)起升裝置的行走軌道。為了檢修的方便，在大梁上還布置有供人行走的走臺(tái)和欄桿。
⑵起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)用來(lái)實(shí)現(xiàn)重物的升降，是起重機(jī)上最重要和最基本的機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，除了少數(shù)梁式起重機(jī)采用電動(dòng)葫蘆外，一般均采用起重小車。起重小車由車架、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升卷繞機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備等組成。
車架支撐在四個(gè)車輪上，車架上的運(yùn)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輪沿軌道運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)在跨間寬度方向不同位置的吊裝。
起升卷繞機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一臺(tái)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組的組合。起重量大于150KN的橋式起重機(jī)，一般具有兩套起升卷繞機(jī)構(gòu)，既主鉤和副鉤，主鉤的額定載荷較大，但起升速度較慢，副鉤的額定載荷小，但起升速度快，用以起吊較輕的物件或作輔助性的工作，以提高工作效率。在橋式起重機(jī)的銘牌上對(duì)其額定載荷的標(biāo)注通常將主鉤額定載荷標(biāo)注在前，副鉤額定載荷標(biāo)注在后，中間用“/”隔開，如“1600KN/500KN”。
1.4.4橋式起重機(jī)的基本參數(shù)
起重機(jī)械的基本參數(shù)是用來(lái)說明起重機(jī)械的性能和規(guī)格的一些數(shù)據(jù)，也是提供設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇使用起重機(jī)械的主要依據(jù)。
橋式起重機(jī)的基本參數(shù)主要有額定載荷、跨度、起升高度、工作速度和工作級(jí)別等。橋式起重機(jī)的額定載荷一般在50~5000KN之間，我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)系列有13種，即50，80，125/30，160/30，200/50，320/80，500/125，800/200，1000/320，1250/320，1600/500，2000/500，2500/500。
橋式起重機(jī)的跨度指的是其大梁兩軌道中心線的距離，它決定了橋式起重機(jī)的工作范圍。目前我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的跨度最小為10.5m，最大為31.5m，每隔3m一個(gè)規(guī)格，即10.5m，13.5 m，16.5 m，19.5 m，22.5 m，25.5 m，28.5 m，31.5 m。
起升高度指的是吊鉤上升到極限位置時(shí)，吊鉤中心線至地面的垂直距離，一般標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)的起升高度在12~32m之間。
橋式起重機(jī)的其他有關(guān)參數(shù)包括如下幾項(xiàng)：
⑴額定起重量（t）
吊鉤所能吊起的最大重量。如使用其它輔助取物裝置和吊具（如抓斗、電磁鐵、夾鉗和盛鋼桶等）時(shí)，這些裝置的自重應(yīng)包括在額定起重量?jī)?nèi)。當(dāng)決定起重機(jī)的額定起重量時(shí)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。因?yàn)槠鹬亓康臄?shù)值對(duì)大多數(shù)起重機(jī)的自重有決定性的作用，因此在確定時(shí)應(yīng)按照生產(chǎn)實(shí)際情況考慮，過小不能滿足生產(chǎn)要求，過大會(huì)造成基建投資的浪費(fèi)。
⑵起升高度（m）
吊鉤最低位置到吊鉤最高位置之間的垂直距離，此參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定，可根據(jù)工作需要來(lái)定。
⑶跨度（m）和幅度(m)
都是表示起重機(jī)工作范圍的參數(shù)?？缍仁侵笜蚴筋愋推鹬貦C(jī)大車運(yùn)行軌道之間的距離；幅度是指旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心線到吊鉤中心線之間的水平距離。
⑷軌距(m)
軌距也稱輪距，按下列三種情況定義：
①對(duì)于小車，為小車軌道中心線之間的距離；
②對(duì)于鐵路起重機(jī)，為運(yùn)行線路兩鋼軌頭部下內(nèi)側(cè)16mm處的水平距離；
③對(duì)于臂架型起重機(jī)，為軌道中心線或起重機(jī)行走輪踏面（或履帶）中心線之間的距離。
⑸基距
基距也稱軸距，是指沿縱向運(yùn)動(dòng)方向的起重機(jī)或小車支承中心線之間的距離?；嗟臏y(cè)定與支承輪的布置有關(guān)。
⑹起重力矩
起重力矩是幅度與其相對(duì)應(yīng)的起吊物品重力的乘積。
⑺起重傾覆力矩
起重傾覆力矩，是指起吊物品重力與其至傾覆線距離的乘積。
⑻輪壓
輪壓是指一個(gè)車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工況不同，分為工作輪壓和非工作輪壓。
⑼工作速度v(m/min)
包括起升、運(yùn)行、變副和旋轉(zhuǎn)速度，但旋轉(zhuǎn)速度用n(r/min)表示。
①起升速度——起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下吊鉤上升的速度；
②運(yùn)行速度——運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，大車或小車直線運(yùn)行的速度；
③變副速度——吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度；
④旋轉(zhuǎn)速度——旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，起重機(jī)的轉(zhuǎn)速。
⑽生產(chǎn)率Q（t/h）
說明起重機(jī)裝載或吊運(yùn)物品的工作能力的綜合指標(biāo)。
⑾起重機(jī)工作級(jí)別
起重機(jī)工作級(jí)別是考慮起重量和時(shí)間的利用程度以及工作循環(huán)次數(shù)的工作特性。它是按起重機(jī)利用等級(jí)（整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，總的工作循環(huán)次數(shù)）和載荷狀態(tài)劃分的?；蛘哒f，起重機(jī)工作級(jí)別是表明起重機(jī)工作繁重程度的參數(shù)，即表明起重機(jī)工作在時(shí)間方面的繁忙程度和在吊重方面滿載程度的參數(shù)。
⑿自重及外形尺寸
這是任何一種機(jī)器都應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它不僅是說明起重機(jī)械性能優(yōu)劣的數(shù)據(jù)，而且直接影響基建費(fèi)用的投資，因此，應(yīng)十分重視減輕自重和減小外形尺寸。
1.4.5橋式起重機(jī)的工作等級(jí)
相同起重量的同一種起重機(jī)，如果它們使用的頻繁程度不同，所起吊貨物的質(zhì)量接近額定起重量的程度不同，那么它們構(gòu)件的尺寸和電動(dòng)機(jī)的功率就應(yīng)有較大的差別。為了在設(shè)計(jì)上給予區(qū)分，應(yīng)將起重機(jī)分為不同的使用等級(jí)。所以，起重機(jī)工作級(jí)別是起重機(jī)設(shè)計(jì)的最基本出發(fā)點(diǎn)，主要有兩個(gè)特征決定：①起重機(jī)使用的忙閑程度（起重機(jī)的使用等級(jí)）；②起重機(jī)經(jīng)常吊運(yùn)貨物的質(zhì)量接近額定起重量的程度（起重機(jī)載荷狀態(tài)等級(jí)）。
2 小車起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算
已知數(shù)據(jù)：起重量（主起升）：32t，起升高度（主起升）：16m， 起升速度（主起升）：7.5m/min；起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：18m， 起升速度（副起升）：20m/min；工作級(jí)別：A5；機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率JC=25%。
2.1起升機(jī)構(gòu)計(jì)算
2.1.1確定起升結(jié)構(gòu)傳動(dòng)方案，選擇滑輪組和吊鉤組
按照布置緊湊的原則，決定采用雙聯(lián)滑輪組的方案。
主、副起升運(yùn)行機(jī)構(gòu)布置圖
①按Q=32t，查[1]表4-1取滑輪組倍率=4，承載繩分支數(shù)Z=2= 8；
查[1]附表9選圖號(hào)為T1 362.1509吊鉤組，得其質(zhì)量=847kg，兩滑輪間距=102+2×165=432mm；
②按Q=5t，查[1]表4-1取滑輪組倍率=2，承載繩分支數(shù)Z=2= 4；
查[1]附表8選圖號(hào)為G13吊鉤組，得其質(zhì)量=99kg，兩滑輪間距=200mm；
2.1.2選擇鋼絲繩
①主起升機(jī)構(gòu)中，若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)=4，查[2]表2-1得滑輪組效率=0.975，鋼絲繩所受最大拉力：
= 4211.15 kg = 41.27 kN
查[2]表2-4，工作級(jí)別A5時(shí)，安全系數(shù)n=5.5,鋼絲繩計(jì)算破斷拉力：
=226.99 kN
查[1]附表1所選瓦林吞式纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d1=20mm，鋼絲繩最小破斷拉力=233.6 kN
標(biāo)記如下：
鋼絲繩1：20NAT 6×19W+FC 1770 ZS 233.6 GB8918-88
②副起升機(jī)構(gòu)中，若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)=2，查[2]表2-1得滑輪組效率=0.99，鋼絲繩所受最大拉力：
= 1287.63 kg = 12.62 kN
查[2]表2-4，工作級(jí)別A5時(shí)，安全系數(shù)n=5.5,鋼絲繩計(jì)算破斷拉力：
=69.41 kN
查[1]附表1所選瓦林吞式纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d2=11mm，鋼絲繩最小破斷拉力=70.68 kN,
標(biāo)記如下：
鋼絲繩2：11NAT 6×19W+FC 1770 ZS 70.68 GB8918-88
2.1.3確定滑輪主要尺寸
①主起升滑輪的許用最小直徑：
D1min≥d1（e-1）=20×（25-1）=480 mm
式中:
由[2]表2-4查得輪繩直徑比e=25，由[1]附表9表選用滑輪直徑D1=610 mm，由[1]附表4選用鋼絲繩直徑=20 mm，滑輪直徑=610 mm，滑輪軸直徑D=130mm的E型滑輪標(biāo)記為
滑輪E 20×610－130 ZB J80 006.8－87；
②副起升滑輪的許用最小直徑：
D2min≥d2（e-1）=11×（25-1）=264 mm
式中:
系數(shù)e=25由[1]表2-4查得，由[1]附表8表選用滑輪直徑D2=400 mm，由[1]附表4選用鋼絲繩直徑=11 mm，滑輪直徑=400 mm，滑輪軸直徑D=45mm的E型滑輪標(biāo)記為
滑輪E 11×400－45 ZB J80 006.8-87
2.1.4確定卷筒及卷筒部件尺寸并驗(yàn)算強(qiáng)度
①1）主起升卷筒尺寸：
卷筒直徑：D≥d1（e-1）=20×（18-1）=340 mm
其中系數(shù)筒繩直徑比e=18由[4]表3-3-2查得，由[1]附表13選用=630 mm，卷筒繩槽尺寸由[4]表3-3-3得槽距=22 mm，槽底半徑=11 mm
卷筒長(zhǎng)度：
=
= 2099.7 mm
取 =2100 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
L1——無(wú)繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)取10mm
L2——固定鋼繩所需長(zhǎng)度，L2≈3t=66mm，根據(jù)情況取L2=80mm
——卷筒不切槽部分長(zhǎng)度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，即=A1=432 mm，實(shí)際長(zhǎng)度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計(jì)算直徑=D+d=630+20=650 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×630 +（6～10）
=18.6～22.6 mm
取δ=20 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計(jì)算：
N/m=117.24 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：
由于卷筒長(zhǎng)度L≥3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)：
= 34419180 N·mm
卷筒斷面系數(shù)：
= 5770793.65 N·mm
式中：
D ——卷筒外徑，D=630 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=630-2×20=590 mm
于是：
=5.96 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 41.13 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過，故選定卷筒直徑=630 mm，長(zhǎng)度=2100 mm，卷筒槽形的槽底半徑=11 mm，槽矩=22 mm，起升高度=16 m，倍率=4，靠近減速器一端的卷筒槽向?yàn)橛业腁型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 630×2100—11×22—16×4 右ZB J80 007.2-87
2）卷筒心軸計(jì)算：
通過做草圖得到卷筒心軸的支點(diǎn)位置，并參考有關(guān)資料，決定心軸的各段直徑，軸的材料用45鋼。
ⅰ.支座反力
＝N
＝2×41270－65823.18=16716.82 N
心軸右輪轂支承處最大彎矩:
=16716.82×14.78=247074.6
ⅱ.疲勞計(jì)算：
對(duì)于疲勞計(jì)算采用等效彎矩，由[1]表2－6查得等效系數(shù)=1.1，等效彎矩:
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)。由[1]2－11，2－13式知許用彎曲應(yīng)力：
軸材料為45鋼，其
式中 n＝1.6——安全系數(shù)；（見[1]表2－18）
K——應(yīng)力集中系數(shù)，K＝；
Kx＝1.4——與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
Km＝1.15——與零件表面加工光潔度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
故
< 通過
ⅲ.靜強(qiáng)度計(jì)算：
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動(dòng)力系數(shù)可由[1]2－5查得，；
許用應(yīng)力：
< 通過
故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計(jì)算通過。
3）選擇軸承
由于卷筒心軸上的左軸承的內(nèi)，外座圈以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，故無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可按照額定靜載荷來(lái)選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按照額定動(dòng)負(fù)荷來(lái)選擇。
ⅰ.左端軸承：
由[6]（19－16）式軸承的額定靜負(fù)荷
C0≧
式中 C0——額定靜負(fù)荷；
P0——當(dāng)量靜負(fù)荷；
n0——安全系數(shù)，由[6]表19－7取n0＝1.04
因此選用調(diào)心球軸承，型號(hào)2318，其額定靜載荷C0＝77.2 kN，左軸承的當(dāng)量靜負(fù)荷為：
式中 fd＝1.1——?jiǎng)迂?fù)荷系數(shù)，由[6]表19－6選取， 故安全
ⅱ.右端軸承：
令右端軸承也采用2318，其額定動(dòng)負(fù)荷[C]=142 kN
右軸承的徑向負(fù)荷
軸向負(fù)荷
設(shè)M5級(jí)工作類型的軸承工作時(shí)數(shù)Lh＝4000h，查得2318軸承的e＝0.39，令，故 x=1,y=2.7，當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷：
由[6]（19－2）式：
所以
動(dòng)負(fù)荷 安全
4）繩端固定裝置計(jì)算
根據(jù)鋼繩直徑為20mm，卷筒長(zhǎng)度計(jì)算中采用的附加圈數(shù)Z0＝2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f＝0.15。則在繩端固定處的作用力：
壓板螺栓所受之拉力：
式中 ——壓板與鋼繩的換算摩擦系數(shù)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
式中 Z＝2（螺柱數(shù)）
d1＝22mm（螺紋內(nèi)徑）
（彎矩）
螺柱材料為Q－235，屈服極限＝240MPa，則許用拉伸應(yīng)力為：（取安全系數(shù)n＝1.6）
[σ]＝
因?yàn)? <[σ] ，故通過
②1）副起升卷筒尺寸：
卷筒直徑：D≥d（e-1）=11×（18-1）=187 mm
由[1]附表13選用=300 mm，卷筒繩槽尺寸由[4]表3-3-3得 槽距=13 mm，槽底半徑=6 mm
卷筒長(zhǎng)度：
=
= 1370 mm
取 =1500 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
L1——無(wú)繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)取30mm
L2——固定鋼繩所需長(zhǎng)度，L2≈3t=39mm，根據(jù)情況取L2=50mm
——卷槽不切槽部分長(zhǎng)度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，即=A=200 mm，實(shí)際長(zhǎng)度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計(jì)算直徑=D+d=300+11=311 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×300 +（6～10）
=12～16 mm
取δ=14 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計(jì)算：
N/m=69.34 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：
由于卷筒長(zhǎng)度L≥3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)：
= 8203000 N·mm
卷筒斷面系數(shù)：
= 875455.9 N·mm
式中：
D ——卷筒外徑，D=300 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=300-2×14=272 mm
于是：
=9.37 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 30.17 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過，故選定卷筒直徑=300 mm，長(zhǎng)度=1500 mm，卷筒槽形的槽底半徑=6 mm，槽矩=13 mm，起升高度=18 m，倍率=2，靠近減速器一端的卷筒槽向?yàn)橛业腁型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 300×1500—6×13—18×2 右ZB J80 007.2-87
2）卷筒心軸計(jì)算：
通過做草圖得到卷筒心軸的支點(diǎn)位置，并參考有關(guān)資料，決定心軸的各段直徑，軸的材料用45鋼。
ⅰ.支座反力
＝N
＝2×12620－16186=9054 N
心軸右輪轂支承處最大彎矩:
=9054×14.78=133818.12
ⅱ.疲勞計(jì)算：
對(duì)于疲勞計(jì)算采用等效彎矩，由[1]表2－6查得等效系數(shù)=1.1，等效彎矩:
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)。由[1]2－11，2－13式知許用彎曲應(yīng)力：
軸材料為45鋼，其
式中 n＝1.6——安全系數(shù)；（見[1]表2－18）
K——應(yīng)力集中系數(shù)，K＝；
Kx＝1.4——與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
Km＝1.15——與零件表面加工光潔度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
故
< 通過
ⅲ.靜強(qiáng)度計(jì)算：
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動(dòng)力系數(shù)可由[1]2－5查得，；
許用應(yīng)力：
< 通過
故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計(jì)算通過。
3）選擇軸承
由于卷筒心軸上的左軸承的內(nèi)，外座圈以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，故無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可按照額定靜載荷來(lái)選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按照額定動(dòng)負(fù)荷來(lái)選擇。
ⅰ.左端軸承：
由[6]（19－16）式軸承的額定靜負(fù)荷
C0≧
式中 C0——額定靜負(fù)荷；
P0——當(dāng)量靜負(fù)荷；
n0——安全系數(shù)，由[6]表19－7取n0＝1.04
因此選用調(diào)心球軸承，型號(hào)2314，其額定靜載荷C0＝37.5 kN，左軸承的當(dāng)量靜負(fù)荷為：
式中 fd＝1.1——?jiǎng)迂?fù)荷系數(shù)，由[6]表19－6選取， 故安全
ⅱ.右端軸承：
令右端軸承也采用2314，其額定動(dòng)負(fù)荷[C]=110 kN
右軸承的徑向負(fù)荷
軸向負(fù)荷
設(shè)M5級(jí)工作類型的軸承工作時(shí)數(shù)Lh＝4000h，查得2314軸承的e＝0.38，令，故 x=1,y=2.7，當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷：
由[6]（19－2）式：
所以
動(dòng)負(fù)荷 安全
4）繩端固定裝置計(jì)算
根據(jù)鋼繩直徑為11mm，卷筒長(zhǎng)度計(jì)算中采用的附加圈數(shù)Z0＝2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f＝0.15。則在繩端固定處的作用力：
壓板螺栓所受之拉力：
式中 ——壓板與鋼繩的換算摩擦系數(shù)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
式中 Z＝2（螺柱數(shù)）
d1＝16mm（螺紋內(nèi)徑）
（彎矩）
螺柱材料為Q－235，屈服極限＝240MPa，則許用拉伸應(yīng)力為：（取安全系數(shù)n＝1.6）
[σ]＝
因?yàn)? <[σ] ，故通過
2.1.5選電動(dòng)機(jī)
①主起升電動(dòng)機(jī)靜功率：
=
= 47.3 kW
式中:：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取 =0.85；
電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率：
≥=0.8×47.3=37.84 kW
式中系數(shù)由[2]表6-1查得，對(duì)于M1—M6級(jí)機(jī)構(gòu)，=0.75～0.85 ，
故取=0.8
查[1]附表28選用電動(dòng)機(jī)YZR280M，其額定功率（25%）=52kw，額定轉(zhuǎn)速=727r/min，飛輪矩=11.2 kg·m，質(zhì)量=848kg
②副起升電動(dòng)機(jī)靜功率：
=
= 19.6 kW
式中：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取=0.85；
電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率：
≥=0.8×19.6=15.68 kW
式中系數(shù)由[2]表6-1查得，對(duì)于M1—M6級(jí)機(jī)構(gòu)，=0.75～0.85 ，
故取=0.8
查[1]附表28選用電動(dòng)機(jī)YZR225M，其額定功率（25%）=21kw，額定轉(zhuǎn)速=718r/min，飛輪矩=3.2 kg·m，質(zhì)量=390kg
2.1.6驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件
①主起升機(jī)構(gòu)中，按照等效功率法，求JC=25%時(shí)所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.87×47.3=30.86 kW
式中：
——工作級(jí)別系數(shù)，查[2]表6-4 ，工作類型為中級(jí)時(shí)=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值（/），由[2]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.1，由[2]圖6-6查=0.87；
由以上計(jì)算結(jié)果，＜ ，故初選電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
②副起升機(jī)構(gòu)中，按照等效功率法，求JC=25%時(shí)所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.87×19.6=12.79 kW
式中：
——工作級(jí)別系數(shù)，查[1]表6-4 ，工作類型為中級(jí)時(shí)=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值（/），由[2]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.1，由[2]圖6-6查=0.87；
由以上計(jì)算結(jié)果，＜ ，故初選電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
2.1.7選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器
①主起升卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 14.7 r/min
減速器總傳動(dòng)比：
= = 49.46
查[1]附表35，選ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級(jí)時(shí)，許用功率[N]=57 kW ，=48.57
②副起升卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 40.96 r/min
減速器總傳動(dòng)比：
= = 17.53
查[1]附表35，選ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級(jí)時(shí)，許用功率[N]=27.0 kW ，=15.75
2.1.8驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率
①主起升實(shí)際起升速度：
=7.64 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 1.87% ＜ = 15%
實(shí)際所需等效功率：
= 31.44 kW ＜（25%）=52 kW
②副起升實(shí)際起升速度：
=22.26 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 11.3% ＜= 15%
實(shí)際所需等效功率：
= 14.24 kW ＜（25%）=21 kW
2.1.9校核減速器輸出軸強(qiáng)度
①主起升機(jī)構(gòu)中，由[2]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
≤
式中：
=2×41270=82540 N=82.54 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=13.5 kN ——卷筒及軸自重，參考[1]附表14；
[R]=13700×9.8=134.26 kN ——ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[1]附表36可得；
因此
= （82.54+13.5）=48.02 kN ＜[R] ，故通過。
由[2]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==683.1 Nm—— 電動(dòng)機(jī)軸額定力矩；
ψ=2.85—— 當(dāng)JC=25%時(shí)電動(dòng)機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[1]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動(dòng)功率；
[]=121800 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[1]附表36查
出；
∴ =0.8×2.85×683.1×48.57×0.95=71863.9 Nm
＜[]=121800 Nm
由上計(jì)算，所選減速器能滿足要求。
②副起升機(jī)構(gòu)中，由[2]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
≤
式中：
=2×12620=25240 N=25.24 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=3.37 kN ——卷筒及軸自重，參考[1]附表14；
[R]=1550×9.8 = 15.19 kN ——ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[1]附表36可得。
因此
= （25.24+3.37）=14.3 kN ＜[R] ，通過。
由[2]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==279.32 Nm—— 電動(dòng)機(jī)軸額定力矩；
ψ=2.96—— 當(dāng)JC=25%時(shí)電動(dòng)機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[1]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動(dòng)功率；
[]=23500 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[1]附表36查出；
∴ =0.8×2.96×279.32×15.75×0.95=10873 Nm
＜[]=23500 N·m
由上計(jì)算，所選減速器能滿足要求。
2.1.10選擇制動(dòng)器
①主起升制動(dòng)器所需靜制動(dòng)力矩：
≥
=
=81.73 kg·m =801 N·m
式中：
=1.75——制動(dòng)安全系數(shù)，由[2]表6-6查取
由[5]中表5-4-28選用TJ2A-200，其制動(dòng)力矩 =1600 N·m ，制動(dòng)輪直徑 =200 mm ；
②副起升制動(dòng)器所需靜制動(dòng)力矩：
≥
=
=37.44 kg·m =366.91 N·m
式中：
=1.75——制動(dòng)安全系數(shù)，由[2]表6-6查取
由[5]中表5-4-28選用TJ2A-200/100，其制動(dòng)力矩 =400 N·m ，制動(dòng)輪直徑=200 mm ;
2.1.11選擇聯(lián)軸器
①主起升高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由[2]（6-26）式
=1.5×1.8×683.08=1844.32 Nm
式中：
=683.08 —— 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 =9550p/n=9550×52/727=683.08 N·m
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動(dòng)載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[1]附表29查得YZR280M電動(dòng)機(jī)軸端為圓柱形，d=85mm，=170mm；
由[1]附34查得ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器的高速軸端為圓錐形主動(dòng)軸端， d=90mm，=135mm；
靠近電動(dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[5]表5-2-9選用GⅡCLZ6型齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=5000 N·m，質(zhì)量G=31.2 kg ;
浮動(dòng)軸的靠近電動(dòng)機(jī)的軸端為圓柱形d=90mm，=130mm；
靠近減速器高速軸的聯(lián)軸器 ，由[1]附表46選用帶mm制動(dòng)輪的NGCLZ6型鼓形齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=4500 N·m，質(zhì)量=53.2 kg ；
浮動(dòng)軸的靠近減速器的軸端為圓柱形d=90mm，=130mm；
根據(jù)實(shí)際機(jī)構(gòu)布置情況及作圖可得浮動(dòng)軸結(jié)構(gòu)尺寸如下：
②副起升高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由[2]（6-26）式
=1.5×1.8×279.32=754.16 N·m
=279.32 —— 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 =9550p/n=9550×21/718=279.32 N·m
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動(dòng)載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[1]附表29查得YZR225M電動(dòng)機(jī)軸端為圓柱形d=65mm，=140mm；
由[1]附34查得ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器的高速軸端為圓錐形d=50mm，=85mm；
靠近電動(dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[5]表5-2-9選用GⅡCLZ5齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=3150 N·m，質(zhì)量G=19.6 kg ；
浮動(dòng)軸的靠近電動(dòng)機(jī)的軸端為圓柱形d=65mm，=105mm；
靠近減速器高速軸的聯(lián)軸器，由[1]附表46選用帶mm制動(dòng)輪的NGCLZ4型鼓形齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=1400 N·m，質(zhì)量=26.8 kg ；
浮動(dòng)軸的靠近減速器的軸端為圓柱形d=65mm，=105mm；
2.1.12驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間
①主起升起動(dòng)時(shí)間：
式中：
=11.2+20
=31.2 kgm
靜阻力矩：
=
=64.64 Nm
平均起動(dòng)力矩：
=1.5=1.5×683.1=1024.65 Nm
∴ =
=0.98 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時(shí)間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，增加起動(dòng)電阻，延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間，故所選電動(dòng)機(jī)合適。
②副起升起動(dòng)時(shí)間：
式中：
=3.2+6
=9.2 kgm
靜阻力矩：
=
=29.6 Nm
平均起動(dòng)力矩：
=1.5=1.5×279.32=418.98 Nm
∴ =
=0.77 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時(shí)間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，增加起動(dòng)電阻，延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間，故所選電動(dòng)機(jī)合適。
2.1.13驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間
①主起升制動(dòng)時(shí)間：
=
= 0.56 s
式中：
=
=
= 46.7 Nm
查[2]表6-7 ，當(dāng)≤12 m/min 時(shí)，[]=1.0～1.25 s ，因?yàn)椋糩] ，故合適。
②副起升制動(dòng)時(shí)間：
=
= 0.72 s
式中：
=
=
= 21.4 Nm
查[2]表6-7 ，當(dāng)＞12 m/min 時(shí)，[]=1.5～2.0 s ，因?yàn)椋糩] ，故合適。
2.1.14高速浮動(dòng)軸計(jì)算
①主起升高速浮動(dòng)軸疲勞計(jì)算：
由[3]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷：
=1.045×683.1=713.84 Nm
式中：
——?jiǎng)虞d系數(shù) ，=（1+）=（1+1.09）=1.045
——起升載荷動(dòng)載系數(shù)（物品升降或下降制動(dòng)的動(dòng)載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.09
由前節(jié)已選定軸徑d=90 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=4.99 MPa
軸材料用45號(hào)鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲應(yīng)力：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動(dòng)循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對(duì)于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5，此處取=2
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=1.25
η —— 考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 取安全系數(shù) =1.25
∴MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗(yàn)算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.09×683.1=744.58 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==5.2 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
②副起升高速浮動(dòng)軸疲勞計(jì)算：
由[3]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷：
=1.13×279.32=315.63Nm
式中：
——?jiǎng)虞d系數(shù) ，=（1+）=（1+1.26）=1.13
——起升載荷動(dòng)載系數(shù)（物品升降或下降制動(dòng)的動(dòng)載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.26
由前節(jié)已選定軸徑d=65 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=5.86 MPa
軸材料用45#鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲應(yīng)力：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動(dòng)循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對(duì)于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5，此處取=2
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=1.25
η —— 考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 安全系數(shù) =1.25，由[3]表1-4-10查得；
∴ MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗(yàn)算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.26×279.32=351.94 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==6.53 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
2.2小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算
2.2.1確定機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案
經(jīng)比較后，決定采用下圖所示的傳動(dòng)方案：
2.2.2選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度
車輪最大輪壓：
小車質(zhì)量估計(jì)G1=11t，假定輪壓均布：
P =（Q+ G1）=（32000+11000）=10750 Kg=105350 N
車輪最小輪壓：
P=G1 =×11000=2750Kg=26950 N
初選車輪：
由[1]附表17可知，當(dāng)運(yùn)行速度＜60 m/min 時(shí)，載荷率==2.9＞1.6 ，工作級(jí)別為中級(jí)時(shí)，選軌道類型為鐵路軌道38 kg/m（P38），許用輪壓為13.4 t ，車輪直徑為=400mm
強(qiáng)度驗(yàn)算：
按照車輪和軌道為線接觸及點(diǎn)接觸兩種情況驗(yàn)算車輪接觸強(qiáng)度，車輪踏面疲勞計(jì)算載荷：
P=
=79216.67 N
車輪材料，取ZG340-640，σ=640 MPa , σ=340 MPa
線接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==6.0×400×43.9×0.99×1.00=104306.4 N
式中：
——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[4]表3-8-6查得=6.0；
—— 車輪與軌道有效接觸長(zhǎng)度，對(duì)于軌道P24由[1]附表22查得=b=43.9 mm；
——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由[4]表3-8-7中查得，車輪==33.44 r/min 時(shí)，=0.99；
——工作級(jí)別數(shù)，由[4]表3-8-8中查得，當(dāng)為M5級(jí)時(shí)=1.00；
∴ P ＞ P ，故通過。
點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==0.132××0.99×1.00
=138068.18 N
式中：
——許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[4]表3-8-6查得=0.132；
——曲率半徑 ，車輪與軌道曲率半徑中的大值，車輪===200 ；軌道曲率半徑由[1]附表22查得=300，故取=300；
m—— 由比值（為、中的小值）所確定的系數(shù)，==0.67，查[4]表3-8-9取 m=0.44 ；
∴ P ＞ P ，故通過。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選定直徑D=400mm 的雙輪緣車輪，標(biāo)記為 ：
車輪 SYL-400×120 GB4628-84
2.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算
摩擦阻力矩：
=（Q+ G）（+μ）β
由[1]附表19查得，由D=400 mm 車輪組的軸承型號(hào)為23120C/W33，軸承內(nèi)徑和外徑的平均值==132.5 mm ，由[2]表7-1~表7-3查得滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.0005，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=2.0 ，帶入上式得：
當(dāng)滿載（Q=Q）時(shí)運(yùn)行阻力矩：
=2.0×（32000+11000）（0.0005+）
=163.4 kg·m=1601.32 N·m
運(yùn)行摩擦阻力：
=
=8006.6 N
當(dāng)無(wú)載（Q=0）時(shí)運(yùn)行阻力矩：
=βG（+μ）
=2.0×11000×（0.0005+）
=41.8 kg